乳粉干燥微机控制系统设计毕业设计 精品.docx

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第一章绪论

1.1引言

一．牛奶的营养价值

1．乳是哺乳动物出生后赖以生存的发育的唯一食物，它含有适合其幼子生长发育所必需的所有营养素。

由于牛乳具有以下特点，所以被公认为迄今为止的一种比较理想的完全食品。

①乳经过杀菌后，不需要进行任何调理即可直接供人食用。

②人们食用牛乳几乎全部消化吸收，并无废弃排泄物。

③牛乳含有促进人类生长发育以及维持健康水平的几乎一切必需的营养成分。

④牛乳所含有各种营养成分比例大体适合人类生理需要。

⑤其他食物由于添加了牛乳，可显著提高这种食物的蛋白质的营养价值。

⑥为了取得牛奶同等数量的营养成分，用其他谷物提供，在数量上要比牛乳消耗好几倍。

2．每100克牛乳所含营养成分：

脂肪3.5克、蛋白质3.2克、乳糖4.6克、矿物质0.7克、生理水88克。

3．乳脂肪的营养价值：

牛乳脂肪为短链和中链脂肪脂肪酸，熔点低，仅为34.5℃。

牛乳脂肪球颗粒小，呈高度乳化状态，所以乳脂肪极易消化吸收。

乳脂肪还含有人类必需的脂肪酸和磷脂。

因而乳脂肪是一种营养价值较高的脂肪。

4．乳蛋白质的营养价值：

牛乳蛋白质含有人体生长发育的一切必需的氨基酸和其他氨基酸。

牛乳蛋白质的消化率可达98%～100%，生物价84。

而豆类蛋白质消化率为80%。

因而乳蛋白为完全蛋白质。

5．牛乳中碳水化合物的营养价值：

乳中的碳水化合物只有乳糖一种。

乳糖在自然界中仅存在与哺乳动物的乳汁中，其甜度为蔗糖的1/6。

一分子乳糖消化时可得一分子葡萄糖和一分子半乳糖。

半乳糖可促进脑苷脂类和粘多糖类的生成，因而对幼儿智力发育非常重要。

乳糖的一个重要特点是能促进人类肠道健康。

乳糖还和糖的代谢有关，在食物中添加乳及乳制品有利于钙的吸收，取得预防小儿佝偻病、中老年人骨质疏松症的效果。

因而牛乳中的碳水化合物不仅能提供热量，且营养价值要优于其他碳水化合物。

6．牛乳中矿物质的营养：

乳中有丰富的矿物质。

如钙、磷、铁、锌、铜、钼等。

特别是含钙多，而且钙、磷比例合理，吸收率高。

所以牛乳是人体钙最佳来源。

钙是人体中含量最多的一种无机盐，是构成骨骼和牙齿的主要成分。

人体中90％的钙集中在牙齿和骨骼上。

儿童、青少年生长发育期需要充足的钙，同样孕妇及成人、中老年人，也需要补充钙质，缺乏钙会影响牙齿和骨骼的正常发育，导致佝偻病。

成年人每日需钙800毫克，但我国居民的钙摄入量不足400毫克，由于钙摄入不足，出现骨质疏松，软骨症等，严重影响了我国人民的身体健康。

大自然中的钙是以化合态存在的，只有被动、植物吸收后形成具有生物活性的钙，才能更好地被人体所吸收利用。

牛奶中含有丰富的活性钙，是人类最好的钙源之一，1升新鲜牛奶中含活性钙约1250毫克，居众多食物之首，它不但钙含量高，而且含维生素D3能促进人体胃、肠壁对钙的吸收，吸收率可高达98％，调节体内钙的代谢，维持血清钙浓度，增进骨骼的钙化。

7．牛乳中维生素的营养价值：

牛乳中含有所有已知的各种维生素，尤其是维生素A和B2含量较高，而一般食物中维生素A和B2很少。

所以，牛乳还是人类维生素A和B2的重要来源。

牛乳中胆固醇含量少，而且还含有降低血胆固醇的3羟—3甲基戊二酸及乳清酸，对中老年尤为适宜。

综上所述，除膳食纤维外，牛乳中含有人体所需要的全部营养物质，其营养价值之高是其他食物所不能比的。

一个成年人每日喝500毫升牛乳，能获得15～17克优质蛋白质，可满足每天所需要的必须氨基酸；能获得600毫升的钙，相当于需要量的80%；可满足每日热量需要量的11%。

牛奶是人类改善营养、科学补钙、增强体质的最好食品。

二．奶粉生产工艺流程图及其简介[1]

1.原料

用于生产乳粉的牛乳必须在一级品以上，酸度超过20°T会严重影响乳粉的溶解度，在保藏过程中容易发生酸败。

乳粉在复水后应还原到鲜乳状态，因此，原料乳需标准化到鲜乳国标要求。

2.预热杀菌

由于乳粉在常温的保藏期长，脂肪酶、蛋白酶、过氧化物酶的残留会对产品的风味、色泽造成严重影响，必须加以钝化；此外，产品中不得有致病菌检出，大肠杆菌和杂菌数也有严格标准。

对原料乳的杀菌可以达到以下目的：

杀灭存在于牛乳中的全部病源微生物和绝大部分其他微生物，使产品中微生物残存量达到国家卫生标准的要求，成为安全食品；

破坏牛乳中各种酶的活性，尤其要破坏脂酶和过氧化物酶的活性，以延长乳粉的保存期；

提高牛乳的热稳定性；

提高浓缩过程中牛乳的进料温度，使牛乳的进料温度超过浓缩锅内相应牛乳的沸点，杀菌乳进入浓缩锅后即自行蒸发，从而提高了浓缩设备的生产能力，牛乳的进料温度等于浓缩锅内牛乳的沸点，也同样可提高设备的生产能力，并可减少浓缩设备加热器表面的结垢现象；

高温杀菌可提高乳粉的香味，同时因分解含硫氨基酸而产生活性巯基，提高乳粉的抗氧性，延长乳粉的保存期。

因此，乳粉原料奶的杀菌条件比较激烈，一般有中温长时间杀菌法，72～75℃保持15分钟；高温短时间杀菌法，85～90℃，保温3～5分钟；超高温瞬时杀菌法，120～140℃，保温1～2秒钟。

实践证明，无论从乳粉的卫生及其他质量指标来看，高温短时加杀菌效果良好，因此，目前乳粉生产上多采用高温短时间杀菌法。

超高温瞬时杀菌不但是牛乳经杀菌后处于无菌状况，而且保持牛乳原有的营养成分，但由于设备成本高，未能得到广泛的应用。

3.真空浓缩

牛乳的87％以上都是水，未经浓缩直接干燥的乳粉有许多缺点，通过浓缩可达到如下目的：

提高产品的色、香、味、形，浓缩后干燥的乳粉色泽奶黄到淡黄，而直接干燥的乳粉灰白暗淡；经浓缩的乳粉乳香浓郁、滋味充足，未经浓缩的乳粉乳香淡薄，缺乏乳粉滋味；经过真空浓缩的乳粉颗粒直径大，分散性、冲调性好，反之则性能相反；

节约能源和设备，喷雾干燥时蒸发1Kg水需耗用2.8～3.2Kg蒸汽，真空浓缩只需1～1.2Kg；未浓缩乳喷干需要的干燥室体积比正常的大三分之一，设备投资高；

便于包装，直接干燥乳粉因颗粒小、密度低，包装过程中容易发生粉尘飞扬和粘滞，包装材料也需多耗10％。

真空浓缩的工艺条件为：

单效浓缩，真空度为表压0.08～0.0895MPa,乳温51～56℃，多效浓缩的末效真空度0.08～0.092MPa,末效温度40～45℃；加热蒸汽压力0.1～0.15MPa;浓缩终点，全脂乳粉为11.5～13波美度，相当于含固形物38％～42％。

真空度是浓缩过程的关键之一，真空度过低，乳温必然上升，乳蛋白变性加剧；真空度过高，乳的沸点过低，飞腾面就低，将影响蒸发效率。

4.喷雾干燥

这是本文研究的重点问题，其工艺将在后文中具体介绍。

5.冷却

干燥后乳粉的温度通常都在60～72℃，温度的高低是根据颗粒大小与在干燥室中滞留位置及工艺条件而定。

如不及时对乳粉实施冷却，容易引起蛋白质变性；脂肪球因处于超熔点状态，容易破裂而使游离脂肪量增多，尤其在包装过程中，经撞击与摩擦，使乳粉中的脂肪渗出到表面，再保藏阶段容易发生氧化。

传统的冷却方法是将乳粉放入专用的不锈钢箱内，在室温下自然冷却数小时之后筛粉，更先进的是通过干燥室内附带的冷却装置冷却，或使乳粉在卸粉过程中通过自动筛网，并用符合食品卫生要求的冷风进行冷却，使乳粉温度降至25～30℃，低于脂肪熔点。

1.2喷雾干燥技术的发展

通过干燥脱去微生物生长所必需的水分来保存不同食品的方法已经使用了几个世纪。

按照马可波罗在亚洲旅行的笔记记载，蒙古人通过在阳光下干燥牛乳以生产奶粉。

在过去的150年左右的时间里，许多干燥食品的技术发展起来了，有一些就特别适合于乳粉生产。

不容置疑，当今最重要的干燥方法是喷雾干燥，该原理可追溯到一个多世纪前的一项相关的专利，是通过雾化来改良干燥和浓缩的液态物料。

尽管喷雾干燥的概念在19世纪后期就存在了，但大多数乳粉生产直到20世纪中叶仍采用滚筒干燥。

美国在第一次世界大战前后，Merril-Soul和Grey-Jensen将喷雾干燥的加工方法用于商业化生产，直到50年以后，喷雾干燥才代替了滚筒干燥，成为最经典的乳粉生产方法。

滚筒干燥仍然用于某些特殊的乳制品生产中，并且十分广泛地应用于食品工业的其它领域。

喷雾干燥设备在1901年首次用于奶粉工业的生产，在20世纪20年代才真正用于奶粉工业的生产，20世纪40年代末才在我国开始使用。

最早的结构是属于压力箱式（卧式），物料的雾化为双流体式，动力消耗量大。

到1958年，轻工部在黑龙江省推广畜力小型压力式喷雾干燥法生产奶粉，1955年哈尔滨松花江牛奶厂首次用离心喷雾的方法生产奶粉。

这两种形式的喷雾干燥设备当时都是平底结构，出粉是间歇式的，每工作一个班次人工出粉一次。

20世纪60年代中期，箱式压力干燥设备出现了锥底带螺旋出粉器（搅龙）的结构形式。

第一台立式多喷头压力喷雾干燥设备诞生在20世纪70年代初，它的出现使喷雾干燥设备的有效容积缩小近一半，而且不用搅龙，连续出粉。

20世纪80年代又生产了单喷头的立式压力喷雾干燥设备，它在奶粉工业中的应用事推动我国乳粉工业技术进步的一个关键环节，为促进我国奶粉工业的迅速发展奠定了基础。

1.3干燥过程中的几个问题

在乳粉喷雾干燥过程中有如下几个问题会影响乳粉的质量，这也同样是我们在控制中需要关注的几个问题：

1.干燥温度

加热过程中热、质交换的平衡非常重要，热空气温度过高，易使乳滴表面硬结，内部水分扩散困难，导致部分蛋白质变性及热敏性成分的损失，颗粒疏松，沉降性差，影响产品的复原性能；乳滴过大或浓度过高都易发生在干燥过程中由于乳固体提高，水分扩散减慢而降低品质。

反之，干燥温度太低，产品的含水量过高，会引起许多质量问题。

干燥时物料的受热的均一性极为重要，要求雾化液滴与热介质接触良好，物料受热程度一致，否则造成产品水分含量不一致，还会导致热敏性组分变性或损失。

2.喷雾方式与压力

压力喷雾干燥中，高压泵压力的大小是影响乳粉颗粒直径大小因素之一。

高压泵的使用压力高，雾化状况好，但雾化的液滴小，产品颗粒小，色泽差；使用压力低，则乳粉颗粒直径就大，但可能造成雾化液滴太大而不易干燥。

喷头孔径大，干燥所得的产品颗粒大，但孔径太大易造成潮粉。

离心喷雾时，喷头的孔径大小及内孔表面的光洁度状况，也影响乳粉颗粒直径的大小及分布状况，喷头孔径大，内孔光洁度高，则得到颗粒直径大、颗粒大小较为均匀一致的乳粉。

乳粉颗粒的大小随干燥方法的不同而异。

一般来说，压力喷雾干燥法生产的乳粉颗粒直径约为10～100微米，平均为45微米；而离心喷雾干燥法生产的乳粉颗粒直径则为30～200微米，平均为100微米。

3.水分含量

水分含量对乳粉质量的影响有以下几个方面：

乳糖。

含水分3％～5％的喷雾干燥脱脂乳粉，在37℃保存600日也不结晶化。

水分约7.6％时，37℃保存1日，28.5℃保存10日，20℃保存100日开始结晶；

乳粉的色泽。

乳粉在保藏过程中颜色会逐渐变深，这与水分含量关系很大，水分在4％以下不易褐变，水分超过5％，即使抽真空充氮包装也易褐变；

溶解度。

水分含量在3％以下，在充氮密封包装后，在室温下保藏二年，溶解度不会下降，水分超过5％，溶解度易下降；

微生物。

含水量在5％以下的乳粉经密封包装后一般不会有细菌繁殖，在2％～3％，细菌反而减少，超过5％细菌就容易繁殖并容易产生陈腐味。

但水分含量过低（小于1.88％）时，也容易发生氧化臭味。

第二章乳粉干燥工艺介绍及控制方案论证

2.1乳粉喷雾干燥工艺介绍

1．喷雾干燥的过程：

喷雾干燥包括浓缩物料微粒加热、表面水分汽化、微粒内部水分向表面扩散以及对干物料的加热。

干燥过程可分为以下三个阶段。

预热阶段。

浓缩物料的微粒与干燥介质接触的瞬间，干燥过程便开始进行，微粒表面的水分即开始汽化。

微粒表面的温度如低于干燥介质的湿球温度，则干燥介质供给的热量使微粒表面迅速达到湿球温度；如微粒表面的温度高于干燥介质的湿球温度，则其表面温度因水分蒸发而迅速下降，直至达到汽化所需热量平衡，此时预热阶段结束，干燥速度迅速增大，进入恒速干燥阶段。

恒速干燥阶段。

在恒速干燥阶段，微粒内部的水分不断向表面扩散，表面水分不断汽化，水蒸气分压等于水的饱和蒸汽压，微粒表面温度等于干燥介质的湿球温度（一般为50～60℃）。

干燥速度取决于干燥介质的温度、湿度、气流状况。

干燥介质温度与微粒表面湿球温度间温差越大、湿度越低，微粒在干燥介质中的分散性越好，干燥速度越大。

恒速干燥阶段约0.01～0.04s内完成。

降速干燥阶段。

当微粒内部水分扩散速度降至低于颗粒表面的蒸发速度，恒速干燥阶段即告结束，降速干燥阶段开始。

在降速干燥阶段，物料颗粒温度将逐步超出干燥介质的湿球温度，并逐步接近干燥介质温度，干物料的水分含量也接近或等于该干燥介质状态的平衡水分。

此阶段的干燥时间较恒速干燥阶段长，为10～30s或更长。

2．喷雾干燥的设备：

最简单的喷雾干燥的设备是一个具风力传送系统的喷雾干燥器，见图2.1.1

图2.1.1

1干燥室

2空气加热器

3牛乳浓缩缸

4高压泵

5雾化器

6主旋风分离器

7旋风分离输送系统

深蓝、浅蓝、褐色依次为牛乳、空气、乳粉。

这一系统建立在一级干燥原理上，即从将浓缩液中的水分脱除至要求的最终湿度的过程全部在喷雾干燥塔室内

（1）完成。

浓缩奶由一个高压泵（4）送至干燥室

（1）继续进入喷雾器（5），形成极细小奶滴被喷入混合室与热空气进行混合。

空气由风扇吸入并通过过滤器，然后在加热器

（2）处加热到150～250℃，热空气经分散进入喷雾塔，在塔内，经喷雾的乳与热空气完全混合蒸发出奶中的水分。

在干燥过程中奶粉在塔中沉降到塔底排出。

奶粉被冷风冷却下来并传送到包装段，冷风由风扇送至输送管道，冷却之后，混着冷风的奶粉流动到排放单元（7），在包装之前奶粉由空气中分离出来。

一些小的、轻的颗粒可能与空气混在一起离开干燥空间。

这些粉在一个或多个旋风分离器（6、7）中分离。

经分离后，这些粉再混回到包装奶粉中，干净干燥的空气由风扇自工厂抽出。

3.喷雾干燥的方式：

喷雾干燥物料的雾化方式有压力喷雾干燥、离心喷雾干燥和气流喷雾干燥。

压力喷雾干燥时物料在多缸柱塞式高压泵下经喷头在干燥室中雾化，与干燥介质进行热、质交换。

压力喷雾设备的雾化器是喷头，它必须使浓缩乳能够均匀地分散成微小的液滴目前使用最为广泛的是M型和S型两种。

M型喷头的流通能力大，能适应生产能力较大的喷雾干燥设备，喷头喷孔精度高，红宝石喷头硬度大、耐磨性好，因此，浓乳的雾化情况好，操作稳定可靠。

S型喷头加工较为方便，价格也较便宜，但流通能力较小，用不锈钢制造的喷头内孔易于磨损，使用寿命较短。

离心喷雾干燥是向水平方向作高速旋转的圆盘上连续供以浓乳，使浓如在离心力的作用下高速甩出，形成薄膜或液滴，借助于周围空气的摩擦、阻碍与撕碎作用使之形成细雾。

其设备如下图所示

浓乳在圆盘上的每一质点均受到岁圆盘旋转而产生的切向力与离心力作用而产生的径向力，其结果为以合速度在圆盘上运动，其运动轨迹可以设想为一螺旋形，液体沿此螺旋线自圆盘上被抛出后，分散成很微小的液滴，并受到使其沿圆盘的切线方向运动的离心力以及使其沉降的重力的合力作用。

由于微粒的大小不一，所以它们受到的作用力也不一样。

这样，就在不同的距离形成一个以转轴为中心对称的圆柱体。

由于离心喷雾几乎都是沿水平面作圆周运动，干燥介质的流动方向与浓乳液滴的流动方向呈顺流或混流。

气流喷雾干燥则借助于其他气体的作用挟带物料并经过喷嘴形成微粒再行干燥。

此法在化工生产上应用较为普遍，在乳品生产方面很少使用。

4.喷雾干燥的特点：

喷雾干燥的过程迅速，干燥温度较低，因此特别适用于热敏性较强物料的干燥，产品能保持原有的营养成分和性能；喷雾干燥设备可以方便的调节及改变干燥条件，能适用于不同质量要求产品的干燥；由于干燥介质与湿物料在空中瞬间接触时发生热交换，因此，对换热设备的壁面材料无需过高的要求；设备生产率很高，无需大量操作人员。

但喷雾干燥设备的水分蒸发强度较小，因此，设备体积相当庞大，价格昂贵，所需厂房面积也大；喷雾干燥设备热效率很低，设备热效率在30％以下，是乳品工厂设备中热效率最低的一种换热设备。

5.喷雾干燥的工艺条件：

不同的产品对浓缩物料的浓度及浓缩物料的进料量、废气的相对湿度均有不同的要求。

浓缩物料的浓度一定程度上决定着喷雾干燥设备的产量和质量，雾化设备的选用队喷雾干燥的质量也有着相当大的影响。

在通常情况下，离心喷雾法生产的乳粉颗粒总较压力喷雾法生产的大。

在压力喷雾法生产过程中，高压泵的工作压力应控制在10～20MPa，不低于140MPa，喷孔的直径在0.7～3.2mm左右。

使用离心喷雾干燥时，离心机圆盘的转速根据不同的直径有所不同，一般在5000～15000rpm，乳品生产所采用的离心机圆盘的圆周速率一般在100～160m/s。

进风温度控制在130～170℃，废气的排气温度约在74～85℃，废气的相对湿度在10％～13％。

进风机风量=干燥室内水分蒸发量

110％～120％，排风机排出风量=干燥室内水分蒸发量

120％～140％，干燥室内形成2～3.3kPa的负压。

产品水分含量不超过2％。

2.2系统控制方案的论证及自动控制变量的确定

正确分析喷雾干燥机理，对自动化控制方案的最后确定至关重要。

衡量干燥设备应用在特定的工艺条件下成功与否的主要指标是干燥产品的产量、质量，包括产品的粒径分布、外观及产品最终含水量等。

产品的产量由生产复合的经济性能及热空气发生器所提供的热量、干燥器的干燥强度、热空气流量、料浆中固形物的含量等条件决定。

影响产品质量的因素很多：

产品的粒径及外观由干燥设备的工艺性能及料浆配置工艺参数决定，而产品的最终含水量与干燥塔热风进口温度、尾气出口温度及干燥塔内负压等参数的选取有直接关系。

在喷雾干燥操作中，干燥温度是控制干燥产品质量的最主要因素。

根据过程的物料与热量衡算及雾滴粒子的运动轨迹计算表明，影响干燥温度的因素有物料流量、空气流量和入口空气的温度。

系统中可选作调解参数的有：

物料流入量、旁路空气量（改变旁路空气量可改变热风温度）、空气加热气的温度等。

选其中任何一个调解参数都能够构成温度调节系统，达到控制干燥温度的目的。

如下图所示，用调节阀位置代表3种调节方案。

图2.2.1～2.2.3是3种调节方案的方框图。

方案1（如图2.2.1所示）：

将物料流量作为调节变量，物料经泵送入干燥器，滞后最小，对干燥温度的校正作用最灵敏，而且干扰位置最靠近调节阀，似乎最适宜作为调节参数，但物料流量是生产负荷，需要维持稳定才能保证产量，故它不宜作为调节参数。

方案2（如图2.2.2所示）：

以旁路空气流量作为调节变量，旁路空气经与热风混合后，再通过风管进入干燥机，比方案1将物料流量作为调节变量的流量调节通道滞后稍大，灵敏度次之。

方案3（如图2.2.3所示）：

是通过加入经直接燃烧加热的空气而改变空气加热器的温度，热空气在调节阀处进入系统。

选用热空气流量作为调节参数，调节通道长，容量滞后大，灵敏度最差，所有干扰进入位置都靠近被调参数。

图2.2.1

图2.2.2

图2.2.3

另外，一个控制系统的确定应该考虑多方面的因素。

首先应考虑工艺上的合理性。

从上述分析，如果从控制系统的角度来看，方案1最好，但由于此方案是以改变生产负荷的方法来达到控制变量温度不变的目的，在工艺上是不允许的，所以不予考虑。

其次应考虑可能性。

在确定控制系统时，首先应该考虑是否可以检测到所需要的信号。

有时即使可以测量，但因测量所需的时间过长，同样可以认为该信号无法测量。

另外还应考虑系统是否可以控制。

如果所设计的系统基本符合要求，但无法解决控制方法或无法配置调节机构，则此系统仍然不可采纳。

最后还需进一步考虑有关控制系统中被控编变量、负荷变化对控制质量影响的评估、调节器控制规律的选用等问题。

只有考虑好了以上问题。

才能设计好合理的控制系统。

综上所述，同时考虑在线测量装置的经济性及必要性，对于喷雾干燥过程，选用第2种方案，即采用旁路空气量作为调节参数为好[2]。

第三章硬件设计

3.1系统总体设计方案概述

1.控制系统方案的确定

根据设计要求，系统采用以单片机为核心的直接数字控制（DDC）方式。

2.测量元件的选择

与“传统的温度传感器+温度检测电路”相比较数字型温度传感器有着相当明显的优势，因此系统采用了数字型温度传感器DS1820。

3.执行机构的选择

在执行机构的选择上，通过直流伺服电动机与步进电机的优缺点对比，最终决定采用步进电机作为系统的执行机构。

4.输入输出通道及外设

由于采用了数字型温度传感器DS1820故输入通道非常简单，只由单线构成。

而步进电机作为执行机构也意味着输出通道仅为一步进电机驱动电路。

在显示方面系统采用LED作为外接显示装置。

5.控制系统原理图

即硬件电路图，见附录。

3.28031芯片及其外围扩展芯片介绍[3]

3.2.18031芯片介绍

单片机是整个控制系统的核心，它的选择对整个系统有决定性的影响，选择它有以下要求：

①字长。

字长能影响数据的精度，指令的数目，寻址能力和执行操作的时间，在过程控制领域，一般选择8位字长的微处理器。

②寻址范围，寻址方式。

③指令的种类和数量。

④内部存储器的种类和数量。

⑤运算速度。

⑥中断处理能力。

根据以上要求以及结合本系统的技术指标，可以选用MCS—51系列的8031。

所选8031的特点是：

片内没有程序存储器，使用时需外加程序存储器，使用时灵活方便，成本较低，是我国目前使用最多的一种机型。

以下介绍8031的管脚及部分功能：

控制口线：

PSEN（片外取指控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择）、RESET（复位控制）

电源及时钟：

Vcc，Vss，XTAL1，XTAL2

I/O口线不能用作用户I/O口线。

P3口是多功能口。

I/O口线：

P0，P1，P2，P3，共四个8位口。

I/O口驱动能力，P0口可驱动8个TTL门电路；P1，P2，P3则只能驱动4个TTL门。

P3口是双重功能口。

图3.2.1-18031管脚图

一、8031单片机片内结构

图3.2.1-28031片内结构

8031片内结构如图所示。

它由7个部件组成。

即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。

它们都通过片内单一总线连接而成。

其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构。

二、存储器

8031内部没有程序存储器，只有数据存储器，其结构图如图3.2-3所示：

FFFFH

FFHRAMFFHSFR

存特殊

储80H功能

器寄存器RAM

80H

I/O

数据缓冲器

位寻址区

工作寄存器

0000H

内部RAM外部RAM

图3.2.1-38031存储器结构图

三、特殊功能寄存器

特殊功能寄存器是用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器是一个特殊功能的RAM区，位于片内数据存储器之上。

其地址为80H—FFH的区域。

特殊功能寄存器主要有：

◆P0口锁存器P080H

◆定时/计数控制寄存器TCON88H

◆P1口锁存器P190H

◆串行口控制SCON98H

◆P2口锁存器P2A0H

◆中断允许寄存器IEA8H

◆P3口锁存器P3B0H

◆中断优先级寄存器IPCB8H

◆程序状态寄存器PSWD0H

◆累加器ACCE0H

◆定时/计数分式寄存器TMOD89H

SP81H

DPL82H

DPH83H

TL0BAH

TL1BBH

TH8CH

TH8DH

SBUF99H

四、定时/计数器

8031单片机内有定时/计数器T0和T1。

它们是16位